Smolinka, Kai: Biomimetische Studien an Arzneistoffen mit Benzilsäure- oder Estrogenstruktur

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Kapitel 5. Zusammenfassung

In der Bewertung von Arzneimitteln spielt die Kenntnis der Biotransformation und des entstehenden Metabolitenspektrums eine wichtige Rolle. Zunehmend werden zur Klärung der metabolischen Abbaureaktionen auch biologische und chemische Methoden in Ergänzung zu in vivo-Metabolismusstudien eingesetzt. Die Anwendung chemischer Modellsysteme auf Metallporphyrinbasis zur Erarbeitung möglicher Metabolisierungswege für neue Benzilsäurederivate, die als potentielle Antiparkinsonmittel entwickelt wurden, und die Testung der
Anwendbarkeit solcher Systeme zur Modellierung der Biotransformation von Estrogen-derivaten sind Gegenstand dieser Arbeit.

Unter Berücksichtigung der bisherigen Erkenntnisse zur Anwendung von biomimetischen Modellsystemen in ergänzenden Metabolismusstudien von Arzneistoffen wurden Mangan- oder Eisenporphyrine mit elektronenziehenden Substituenten an den meso-Phenylringen und ihre wasserlöslichen Derivate als Katalysatoren verwendet. Als Co-Katalysator wurde zur Erhöhung der Umsetzungsrate eine Stickstoffbase, in der Regel Imidazol, zugesetzt. Als
Sauerstoffquellen dienten Wasserstoffperoxid und Iodosylbenzen. Die biomimetischen Umsetzungen wurden im wässrigen und im nichtwässrigen Milieu durchgeführt.

Zur Erprobung des erarbeiteten biomimetischen Systems [56] wurden als Substrate die
N-Methyl-4-piperidinyl- und -3-piperidinylester der 3,4- bzw. 3,3’-Dimethoxybenzilsäure (1, 2, 3) sowie 3,4-Dimethoxybenzophenon (8) ausgewählt. Die systematischen Untersuchungen zur Optimierung des biomimetischen Modells wurden damit um die zweifach an den aromatischen Ringen substituierten Diphenylmethanderivate erweitert. In Umsetzungen mit Denaverin (4), ein Dialkylaminoethylester der veretherten, an den Aromaten unsubstituierten
Benzilsäure, kam das chemische Modellsystem mit der Zielstellung zur Anwendung potentielle, neue Metabolisierungswege zu erkennen sowie neue, bisher unbekannte Derivate als Vergleichssubstanzen zur Verfügung zu stellen. Als Modellsubstanz zur Überprüfung der Anwendbarkeit des optimierten biomimetischen Systems auf Estrogene wurde Estronmethyl-ether (5) ausgewählt. In die Untersuchungen wurden weiterhin Ethinylestradiol (6) und Mestranol (7) einbezogen.

Die entstehenden Produktspektren wurden zunächst dc und hplc untersucht. Die Isolierung der einzelnen Derivate erfolgte schichtchromatographisch. Zur Strukturklärung wurden ms und nmr Methoden eingesetzt. Zum Teil war der Einsatz spezieller Techniken notwendig, wie


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weiche Ionisierungsmethoden in der Massenspektroskopie (ESI-MS, FAB-MS oder CI-MS), zweidimensionale NMR-Spektren oder Kopplungstechniken (GC-MS).

Die neuen, am Aromaten substituierten Benzilsäurederivate 1, 2 und 3 unterscheiden sich nicht in ihren Reaktivitäten im biomimetischen System. Hauptumsetzungsprodukte sind die N-Formylderivate, die N-Oxide, die N-Demethylderivate, die freien Säuren und die entsprechenden Benzophenone. Der 3-Piperidinylester 2 ist gegenüber oxidativen Angriffen stabiler. Im Gegensatz zu bisherigen biomimetischen Untersuchungen mit aromatisch substituierten Benzilsäurederivaten [56] wurden keine aromatische Oxygenierung oder Spaltung der aromatischen Methoxygruppen beobachtet. Das substituierte Benzophenon 8 unterliegt sowohl der aromatischen Hydroxylierung als auch der Etherspaltung. Für die Ausgangsverbindungen und ihre Derivate wurden die analytischen Methoden zur Isolierung und Identifizierung erarbeitet und die entsprechenden Vergleichssubstanzen für Biotransformationsstudien zur Verfügung gestellt.

Die bisherigen systematischen Untersuchungen zum Verhalten von unterschiedlich substituierten Benzophenon- und Benzilsäurederivaten wurden um die zweifach an den aromatischen Ringen substituierten Diphenylmethanderivate ergänzt. Es zeigte sich, dass die biomimetischen Reaktionen an den Aromaten entscheidend von der Struktur des Diphenylmethan-grundgerüstes abhängen. In der Regel nimmt die Reaktivität am Aromaten in der Reihenfolge Benzophenon rarr freie Benzilsäure rarr Benzilsäureester rarr Benzilsäureester und -ether ab.

Für 1 wurden die Umsetzungen über die Abnahme der Ausgangsverbindung in unterschied-lichen Modellsystemen quantifiziert. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des biomimetischen Systems wurden im nichtwässrigen Milieu bis zu 48 % der Ausgangsverbindung umgesetzt. Erstmals wurden Umsetzungen in wässrigen Systemen quantifiziert. Die Effektivität ist geringer als im organischen Milieu. Es wurden maximal 23 % des Substrates umgesetzt. Die bisherigen Erkenntnisse zum Einfluss der verschiedenen Zusammensetzungen der katalytischen Systeme wurden für die Umsetzungen von Benzilsäurederivaten bestätigt.

Für die Esterspaltung von 1 zu 12 wurde der oxidative Mechanismus nachgewiesen. Es wurde eine GC-MS-Methode entwickelt, mit der nach Probenvorbereitung mittels Headspace-SPME die Identifizierung des N-Methyl-4-piperidons als Produkt der oxidativen Spaltung neben dem Hydrolyseprodukt N-Methyl-4-piperidinol gelang.

Denaverin unterliegt im biomimetischen Ansatz den Funktionalisierungsreaktionen N-De-alkylierung, N- und C-Oxidation, Esterspaltung, in geringerem Umfang der Decarboxylierung und der O-Dealkylierung und im wässrigen, neutralen Milieu mit dem System FeTPFPS4PCl/Imidazol/Wasserstoffperoxid der aromatischen Oxygenierung. Damit wurde


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die Bildung aller Produkte oxidativer Biotransformationswege der Ratte, bis auf ein Morpholinonderivat (das ein Metabonat darstellt), und die bisher bekannten Biotransformationsreaktionen des menschlichen Organismus nachgeahmt [114] [119] . Mit dem N-Formylderivat 39 und dem durch Deaminierung gebildeten 40 konnten zwei neue Derivate isoliert werden, die für weitere in vivo-Metabolismusstudien als Vergleichssubstanzen nutzbar sind. C-Oxidation einer N-Methylgruppe und Deaminierung stellten für Denaverin neue, bisher nicht beobachtete Biotransformationswege dar. Die Deaminierung sowie die nur untergeordnet stattfindene Etherspaltung wurden durch neueste Untersuchungen zum Metabolismus des Menschen bestätigt [114] . Mit dem verwendeten biologischen Modell der Rattenlebermikrosomen wurden nur zwei Produkte (37, 38) enzymatisch gebildet. Es eignet sich daher nur bedingt zur Nachahmung metabolischer Vorgänge. Neue Reaktionswege werden nicht aufgezeigt.

Die bisher biomimetisch untersuchten Benzilsäurederivate zeigen ähnliche Produktspektren. Für den Metabolismus der untersuchten Benzilsäurederivate werden daher, unabhängig von einer Substitution an den aromatischen Ringen, vor allem Biotransformationsreaktionen an den basischen Seitenketten postuliert. Aromatische Oxygenierungen werden nicht erwartet. Die Bildung von N-Formylderivaten stellt für basisch substituierte Benzilsäurederivate einen bisher nicht beobachteten, potentiellen Biotransformationsweg dar.

Die Versuche zur Nachahmung der Biotransformation von Estrogenen mit Hilfe chemischer Modellsysteme auf Metallporphyrinbasis waren trotz vielfältiger Variationen der Zusammensetzung des biomimetischen Systems nicht erfolgreich. Lediglich 6-Oxoestronmethylether (47) wurde aus Reaktionsansätzen von 5 isoliert und in seiner Struktur aufgeklärt.

Zukünftige Arbeiten sollten sich mit notwendigen Variationen befassen, mit denen sich biomimetische Modellsysteme schnell auf ihre Eignung zur Nachahmung des Metabolismus von Arzneistoffen mit verschiedenen Grundstrukturen testen lassen. Für Estrogene und andere Steroide sollten in systematischen Studien die chemischen Modellsysteme optimiert werden können, um diese zur Gewinnung von Vergleichssubstanzen und für erste Aussagen zu möglichen Biotransformationswegen zu nutzen.


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Fri Sep 14 18:26:50 2001